光學測量與光學工藝知識點答案

1、目錄第一章基本光學測試技術 .2第二章 光學準直與自準直 .5第三章  光學測角技術 .9第四章：光學干涉測試技術 .13第六章：光學系統(tǒng)成像性能評測 .17第一章 基本光學測試技術對準、調焦的定義、目的；對準又稱橫向對準，是指一個對準目標（？）與比較標志（？）在垂直瞄準軸（？）方向像的重合或置中。例：打靶、長度度量人眼的對準與未對準：P1P2P1'P2'yP2eP1'P1P2'對準的目的：1.瞄準目標（打靶）；2.精確定位、測量某些物理量（長度、角度度量）。調焦又稱縱向對

2、準，是指一個目標像（？）與比較標志（？）在瞄準軸（？）方向的重合。人眼調焦：P1P2P1' P2'xP2R1=F' P2'1R2=調焦的目的 ：1.使目標與基準標志位于垂直于瞄準軸方向的同一個面上，也就是使二者位于同一空間深度；2.使物體（目標）成像清晰；3.確定物面或其共軛像面的位置定焦。人眼調焦的方法及其誤差構成；常見的調焦方法有清晰度法和消視差法。清晰度法是以目標與比較標志同樣清晰為準。調焦誤差是由于存在幾何焦深和物理焦深所造成的。消視差法是以眼鏡在垂直平面上左右擺動也看不出目標和標志有相對橫移為準的。誤差來源于人眼的對準誤差

3、。（消視差法特點：可將縱向調焦轉變?yōu)闄M向對準；可通過選擇誤差小的對準方式來提高調焦精確度；不受焦深影響 ）對準誤差、調焦誤差的表示方法；對準誤差的表示法 ：人眼、望遠系統(tǒng)用張角表示；顯微系統(tǒng)用物方垂軸偏離量表示；調焦誤差的表示法 ：人眼、望遠系統(tǒng)用視度表示；顯微系統(tǒng)用目標與標志軸向間距表示；常用的對準方式；常見的對準方式有壓線對準，游標對準，夾線對準，叉線對準，狹縫叉線對準或狹縫夾線對準。光學系統(tǒng)在對準、調焦中的作用；提高對準、調焦精度，減小對準、調焦誤差。提高對準精度、調焦精度的途徑；使用光學系統(tǒng)進行對準，調焦；光電自動對準、光電自動調焦；光具座的主要構造；平行

4、光管（準直儀） ；帶回轉工作臺的自準直望遠鏡（前置鏡）；透鏡夾持器 ；帶目鏡測微器的測量顯微鏡 ；底座平行光管的用途、簡圖；作用是提供無限遠的目標或給出一束平行光。簡圖如下：三種自準直目鏡的光路簡圖；高斯式自準直目鏡如下圖 1 虛線框中所示：平面鏡準直物鏡分劃板分光鏡光源目鏡圖 1阿貝式自準直目鏡如下圖 2 虛線框中所示：圖 2雙分劃板式自準直目鏡如下圖 3 虛線框中所示：準直物鏡分劃板分劃板目鏡圖 3自準直望遠鏡、自準直顯微鏡（構成、光路簡圖）；自準直望遠鏡由自準直目鏡，物

5、鏡和平面鏡構成，由不同的自準直目鏡構成的自準直望遠鏡的光路簡圖如圖 1、2、3 所示自準直顯微鏡由自準直目鏡，物鏡和球面鏡構成。將自準直望遠鏡中的平面鏡換成球面鏡即是自準直顯微鏡。放大率法的原理簡圖及測量裝置；原理簡圖：測量裝置：光具座（光源、波羅板、平行光管、測量顯微鏡）放大率法焦距測量計算；f ' = - f c'y 'y放大率法焦距測量中的注意事項；負透鏡（測量顯微鏡工作距離）光源光譜組成（色差）被測鏡頭像質近軸焦距與全口徑焦距（球差）、測量顯微鏡 NA第二章 光學

6、準直與自準直準直、自準直的概念；準直：獲得平行光束自準直：利用光學成像原理，使物和像都在同一個平面上并重合的方法準直的目的、用途；獲得平行光束實現(xiàn)準直的方法；激光束：很好的方向性、很高的亮度，是直線性測量的理想光束進一步提高激光束準直性（平行性），可采用激光束的準直技術利用倒裝望遠鏡法，實現(xiàn)激光束的準直自準直儀的類別；自準直儀一般指自準直望遠鏡和自準直顯微鏡。實現(xiàn)自準直的方法；自準直望遠鏡法測量平行差的原理；實質上是測量透明玻璃平板平行度的自準直原理。準直物鏡分劃板分劃板目鏡q   =  =sin j = n

7、60;sin (2q )jj '2nn'自準直望遠鏡讀數(shù)減半什么是第一平行差、第二平行差；第一光學平行差 I：棱鏡展開后的玻璃板在主截面內的不平行度誤差，是由于棱鏡主截面內的角度誤差引起的。第二光學平行差 I I：棱鏡展開后的玻璃板在垂直于主截面方向上的不平行度誤差，是由棱鏡的各個棱不平行而造成的，也稱棱差或塔差。直角棱鏡 DI-90 °光學平行差測量原理；BC'2II =245°CA2nIj I ¢ = nq&

8、#160;I = 2nd 45oj II ¢ = nq IId 45o = ÐA - 45o = ÐB - 45o自準直顯微鏡法測量球面曲率半徑的原理、簡圖；凹面鏡：P1ACRP2RP1AP2凸面鏡：P1CARP2RP1CARP2即測量方法為移動自準直顯微鏡使之分別定焦在被測球面的圓心和定點處，兩次聚焦自準直顯微鏡移動的距離即為球面曲率半徑。自準直顯微鏡法測量透鏡頂焦距的原理、簡圖；P1AF

9、9;P2P1AP2自準直顯微鏡法一般不用于測負透鏡的焦距、頂焦距第三章光學測角技術精密測角儀的主要部件關鍵部件及其作用；自準直前置鏡（瞄準、定位）平行光管（產生無限遠的瞄準標記：狹縫、分劃線等）精密軸系（圍繞旋轉中心平穩(wěn)旋轉，圓錐軸系、圓柱軸系、空氣靜壓軸系）圓分度器件（角度基準）顯微讀數(shù)系統(tǒng)（將被測角與度盤進行比較，得到角度值）常見的圓分度器件；最常用的是度盤，其他的還有多面體、圓光柵、光學軸角編碼器、感應同步器等。符合成像系統(tǒng)與對徑讀數(shù)法的用途；為消除度盤分度圓中心與旋轉軸中心不能完全重合帶來的偏心誤差，可利用在度盤直徑兩端取得讀數(shù)后取平均值的方法，稱為對徑讀數(shù)法。所采用的光學讀數(shù)系統(tǒng)為符

10、合成像系統(tǒng)。符合成像系統(tǒng)使得對徑刻線的像能夠在同一視場內出現(xiàn)，并位于分界線兩側。如何減小或消除自準直望遠鏡的視差？如何減小或消除平行光管分劃面的離焦？掌握至少一種基于測角儀的棱鏡角度測量方法；棱鏡角度測量（方法 1）B   CA測量步驟：如圖所示當光線和被測鏡的 AB 面垂直時，自準直望遠鏡看到自準直現(xiàn)象，轉過一個角度后，光線垂直于 AC，再次觀察到自準直現(xiàn)象。望遠鏡轉過的角度和A 角有確定的幾何關系。棱鏡角度測量（方法 2、3）ABC相似的，如圖所示光路，自準直望遠鏡會先后兩次觀察到自準直現(xiàn)象，自準直望

11、遠鏡轉過的角度是角 A 的 2 倍。B   CA如上圖所示光路，望遠鏡中會觀察到平行光管分劃板的像和望遠鏡分劃板的像重合，轉動載物臺再次觀察到重合現(xiàn)象，轉過的角度和角 A 互補。V 棱鏡法折射率測量原理及精度水平；測量原理光路圖如下圖所示：(      )22n = n0 ± sinq n0 - sin2 q12測量不確定度可達到(1 &

12、#160;2)´10-5V 棱鏡折光儀的主要構造；平行光管 、 V 棱鏡、對準望遠鏡 、度盤 、讀數(shù)顯微鏡折射液的作用；排除 V 棱鏡和待測透鏡之間的空氣，從而提高測量精度。光學玻璃折射率測量的其它方法及精度水平；最小偏向角法（了解） 精度高，測量不確定度可達 10-6任意偏向角法（了解）  精度高，測量不確定度可達 10-6鏡頭焦距測量的其它方法；精密測角法測量物鏡焦距：測量原理光路圖：A2y02B2-ff ' = 

13、y0 tan w測量裝置圖：AB2y02-f第四章：光學干涉測試技術干涉測量的用途、特點；用途：光學面形檢驗：平面、球面、二次曲面角度偏差檢驗：楔鏡、棱鏡、角錐玻璃材料均勻性（折射率）球面曲率半徑測量光學系統(tǒng)波像差：有限共軛，無限共軛測量精度高?？蛇_到幾分之一或幾十分之一光波長時間相干性、空間相干性的實質；由于光源的非單色性（頻譜展寬），干涉條紋對比度會下降，降低程度與兩相干光波的傳播時間差有關。把這種因頻譜展寬引起的相干性問題稱為時間相干性。通常擴展光源上不同的點發(fā)出的光是不相干的，不同點源產生的干涉條紋的非相干疊加會導致條紋對比度下降，降低程度與擴展光源的空間大小有關。

14、把這種因光源的空間擴展引起的相干性問題稱為空間相干性。等傾干涉、等厚干涉；等傾干涉 （分振幅） ：（指相對于平板法線的傾斜角度相等的入射光線（或反射光線）將發(fā)生干涉。）等厚干涉（分振幅）：AB影響干涉條紋對比度的因素；時間相干性與空間相干性 ；相干光束的光強 ；相干光束的振動方向；雜散光 ；振動、空氣擾動牛頓干涉儀簡圖、時間相干性、空間相干性討論；牛頓環(huán)的特點、球面曲率半徑估算；特點：零光程暗紋（ 相位躍變，光疏到光密的反射有  相位躍變）； 同心圓環(huán)狀條紋； 條紋內疏外密；x =mR

15、l上式可以用來球面曲率半徑，各字母代表的含義如上圖所示。干涉法楔角測量及楔角方向判斷；楔角q =l2nl，其中 l 是條紋間距。楔角方向判斷：上移上層玻璃板，條紋向空氣層稀薄的方向移動。邁克爾遜干涉儀、泰曼干涉儀、菲索干涉儀的特點與區(qū)別；邁克爾遜干涉儀，采用準單色擴展光源（面光源），需要加補償板，一般不完全是等厚條紋，也存在等傾條紋。泰曼干涉儀：采用電光源，泰曼干涉本質上基于牛頓干涉原理，分光路容易受環(huán)境影響；菲索干涉儀分振幅、共光路牛頓干涉儀，本質上為牛頓干涉原理。共光路，可減小環(huán)境干擾。菲索平面干涉儀原理、構造、光路簡圖；菲索平面干涉儀的時間相干性、空間相干性

16、；平面面形誤差檢驗的干涉條紋特征；平面面形凸、凹判斷，目視半徑偏差（光圈數(shù)）判讀；單色光源： 輕輕按壓上面的零件。條紋擴散則凸，條紋收縮則凹。白光光源：按壓使兩者緊密接觸，中央暗斑、第一亮紋幾乎為白色。其余亮紋內側藍色、外側紅色則為凸，反之為凹。平行平板平行度的干涉測量方法、條紋特點、棱邊方向、厚薄判斷及角度計算；移相干涉術的特點；精度高，傳統(tǒng)靜態(tài)條紋判讀法/10，移相法/50；可減小或消除系統(tǒng)誤差，放寬對干涉儀光學元件制造精度要求第六章：光學系統(tǒng)成像性能評測三種像質檢測法的優(yōu)缺點；星點檢驗基本、直觀簡便、靈敏度較高，全面主觀、定性或半定性評價法，對檢測人員專業(yè)技能要求較高分辨率法定

17、量、簡單方便主觀性大，信息量少光學傳遞函數(shù)法客觀、定量設計原理復雜，測量過程復雜（目前已改善）什么是星點檢驗？“點光源”作為物，并放置在無限遠，俗稱星點；“點光源”經光學系統(tǒng)所成的像稱為星點像；理想衍射受限系統(tǒng)及其星點像特點；星點像是艾里斑星點檢驗裝置；準直物鏡被測系統(tǒng)光源觀察顯微鏡人眼聚光鏡平行光管物鏡        目鏡星點檢驗條件；星孔大小要適中不能切割光束；觀察顯微鏡/前置鏡的放大倍率要足夠大；觀察顯微鏡/前置鏡的成像質量優(yōu)良；裝調準確。星點檢驗能檢什么像差，不能檢什么像差？星點檢驗對慧差、像散、球差靈敏，

18、不能反映畸變、場曲。三類光學系統(tǒng)的光學分辨率表示形式；望遠系統(tǒng)用角度表示剛能分辨的兩點之間的最小距離；弧秒顯微系統(tǒng)直接以剛能分辨開的兩物點之間的最小距離表示；um瑞利道斯斯派羅望遠(rad)1.22lD1.02lD0.947lD照相(mm-1)11.22l F11.02l F10.947l F顯微(mm)0.61lNA0.51lNA0.47lNA照相系統(tǒng)以像面上剛能分辨的兩個像點間距的倒數(shù)表示。mm-1，lp/mm空間頻率；理想衍射受限系統(tǒng)的分辨率定義；考察兩個非相干獨立發(fā)光點在像面上形成的兩個點像；由于光的衍射，一個發(fā)光點通過光學系統(tǒng)成像得到一個衍射斑（艾里斑），兩個衍射斑重疊部分的光強度為兩個光斑重疊區(qū)對應強度之和（線性疊加）；理想衍射受限系統(tǒng)的理論分辨率數(shù)值，通?；谠撓到y(tǒng)所能分辨的最小間距來確定。  三類光學系統(tǒng)的理論光學分辨率計算；  分辨率測量裝置及分辨率板；理論分辨率分析采用雙像點（艾里斑）分析法。實際測量：在平行光管上，采